MINATEC

Synthétisé depuis près de 5 ans, le graphène est une forme à deux dimensions d'un monofeuillet de carbone avec une hybridation sp2. Il a l'épaisseur d'un atome et offre une conductivité maximale pour une résistance minimale. Le graphène se retrouve au cœur de nombreux sujets de recherche de part ses multiples applications potentielles telles que pour l'énergie (Stockage d'hydrogène, supercapacités, batteries, Cellules solaires) ou de l'information (LED).

Synthétisé depuis près de 5 ans, le graphène est une forme à deux dimensions d'un monofeuillet de carbone avec une hybridation sp2. Il a l'épaisseur d'un atome et offre une conductivité maximale pour une résistance minimale. Le graphène se retrouve au cœur de nombreux sujets de recherche de part ses multiples applications potentielles telles que pour l'énergie (Stockage d'hydrogène, supercapacités, batteries, Cellules solaires) ou de l'information (LED). Impliqué dans divers projets (ANR, Carnot et européens) le LETI développe depuis quelques années un savoir faire dans l'étude, la croissance et l'intégration de ces couches dans des dispositifs innovants. La croissance ou la synthèse du graphene avec les propriétés requises (grande surface, bonne cristallinité, minimum de défauts, forte conductivité) reste un challenge en sois tant les méthodes sont variées et aboutissent à des résultats disparates. Le travail du thésard viendra épauler les efforts de notre groupe dans cette voie.

Plusieurs méthodes ont été récemment proposées afin de produire du graphène à partir d'une réduction chimique de l'oxyde de graphène (CR-GNO) synthétisé en solution. Ces méthodes utilisent, suivant les cas, un recuit sous ultravide, un traitement chimique ou des solutions concentrées. Ces méthodes peuvent être avantageuses pour une fabrication bas coût de graphène mais elles ne permettent pas d'obtenir des poudres graphénisées avec un rapport O/C inférieur à 6,25%. Cela a pour conséquence directe une conductivité electrique moins importante que celle prévue (2.102 S/m) (l'oxyde de graphène étant de nature isolante).

Recemment des premières études ont montré que la technique d'électrochimie permettait d'obtenir du graphène réduit avec un rapport O/C de 4,2%. Il est donc envisageable de réduire davantage l'oxyde de graphène par cette voie qui est également une technique peu chère et satisfaisante pour l'environnement.

L'objectif de cette thèse est donc de travailler sur le procédé de réduction electrochimique de poudres de GNO déposées sur des substrats conducteurs de type métalliques ou autres (ex : Pt, ITO). Le but est de réduire davantage la quantité d'oxygène résiduelle dans le graphène. Pour ce faire, ce stage s'insrit dans le cadre d'une collaboration avec l'institut Polytechnique de Valence (Espagne) qui a pour rôle de synthétiser l'oxyde de graphène et le déposer sur substrat pour le réduire electrochimiquement au sein du CEA-LETI.

Cette thèse viendra en support d'un certain nombre de projets structurants (européen et nationaux) dans lequel le CEA-LETI est investi et le thésard sera intégré dans une équipe « graphène » riche en compétences diverses et pourra interagir avec un certain nombre de nos partenaires académiques et industriels.

Ce travail se fera sur des équipements de la zone d'Electrochimie ou en environnement salle blanche (si nécessaire). L'étude se focalisera sur la réduction par voie électrochimique d'oxyde de graphène, mais aussi sur la méthodologie de caractérisation à employer pour sonder correctement et fidèlement la structure du graphène synthétisé. La procédure sera appliquée essentiellement sur la caractérisation de type AFM, XPS, et Raman. Des mesures de conductivités seront aussi envisageables.